恐惧记忆的巩固和调控对情绪障碍的研究至关重要，睡眠可以稳定记忆的整合，然而在睡眠中如何通过特定的神经机制对其进行选择性调节仍然不明确。

2024年10月9日，香港大学Xiaoqing Hu, Cora Sau Wan Lai共同通讯在 Advanced Science 在线发表题为“Selective Modulation of Fear Memory in Non-Rapid Eye Movement Sleep”的研究论文。该研究发现使用靶向记忆再激活（Targeted Memory Reactivation, TMR）来重新激活非慢波睡眠（NS）中的先前恐惧学习经验会抑制恐惧记忆巩固，而慢波睡眠（SWS）期间的TMR会增强小鼠的恐惧记忆，从而揭示了如何通过TMR技术在非快速眼动（NREM）睡眠的不同阶段选择性增强或削弱恐惧记忆的神经机制。

开放获取论文链接： https://doi.org/10.1002/advs.202400662

睡眠对记忆的稳固至关重要，尤其在非快速眼动睡眠（NREM）阶段，记忆的巩固过程通过慢波（SO）和纺锤波（spindle）的耦合发挥关键作用。有趣的是，睡眠还提供了一个独特的时间窗口，使用一种称为靶向记忆重新激活（TMR）的技术通过在睡眠期间重新呈现与学习相关的感官线索，能够有选择性地激活特定记忆，并影响其巩固。然而，在NREM睡眠中，TMR对恐惧或负面情绪记忆的影响在人类和啮齿动物中表现出相反的效果。人类研究发现，当与先前恐惧学习相关的气味线索在慢波睡眠（SWS，或NREM的N3阶段）期间重新呈现时，恐惧记忆会减弱。相反，另一项研究则表明，SWS-TMR能够增强负面记忆的表现。啮齿动物研究也显示了不同的结果。在学习后立即进行NREM-TMR的小鼠，其对条件刺激（如听觉音调）的反应显著减弱（即冻结时间减少）。然而，在另一个研究中，恐惧条件反射24小时后进行的NREM-TMR却增强了小鼠的恐惧记忆。这些相互矛盾的结果可能与TMR实施的时间窗口不同有关（立即进行与学习后24小时进行），但不同NREM阶段（非慢波睡眠（NS）或SWS）对恐惧记忆的影响尚未得到系统研究。有趣的是，另一项研究进一步证明，在学习后SWS阶段选择性进行TMR显著增加了大鼠在恐惧条件反射后的冻结时间，这突显了细分研究NREM不同亚阶段在记忆调控中的重要性。因此，本研究旨在利用经典的听觉提示恐惧条件来探讨TMR在NREM睡眠不同亚阶段对恐惧记忆的调控作用及其机制。

与NREM睡眠可以细分为N1、N2和SWS的标准人类睡眠分期不同，NREM子阶段的区别在大多数啮齿动物研究中不太明显。考虑到大鼠选择性SWS-TMR后增强的恐惧记忆，研究人员根据小鼠脑电图（EEG）特征将NREM睡眠分为SWS和非SWS（NS），针对目标睡眠亚阶段，持续监测和实时（在线）对电生理数据进行评分，并对数据进行进一步的视觉标记和回顾性（离线）分析。在本研究中，训练后的深度学习模型有效地捕捉到了不同睡眠亚阶段的特征，测试数据的总体准确率约为86.5%，表明睡眠亚阶段的分类是合理且可行的。此外，在线睡眠阶段评分相对于离线分阶段分析的准确率约为90%，进一步证明了NREM亚阶段分类的准确性。通过在小鼠非慢波睡眠（NS）和慢波睡眠（SWS）阶段分别进行TMR，研究人员发现，NS-TMR能削弱恐惧记忆，而SWS-TMR则增强了恐惧记忆，这一作用是通过启动提示相关记忆重新激活来增强记忆，而不是通过在睡眠期间加强新的关联。这一结论通过条件恐惧测试中小鼠冻结反应的显著差异得以证实。

学习引发的树突棘可塑性对于记忆存储至关重要，研究表明恐惧条件反射（FC）和恐惧消退在前额叶皮层（FrA）中表现出相反的树突棘变化。NS-TMR显著减少了FC诱导的树突棘消除，而SWS-TMR则减少了恐惧消退诱导的树突棘生成，但位置特异性仍得以保持。因此，NS-TMR和SWS-TMR在恐惧记忆巩固中的不同效果不仅体现在小鼠的冻结行为上，也反映在树突棘的消除和生成模式上。

研究人员通过光遗传学抑制实验进一步证实，FrA中的锥体神经元活动在纺锤波的生成以及TMR调节恐惧记忆中的作用不可或缺。抑制FrA后，NS-TMR对记忆削弱的效果消失，而SWS-TMR对记忆增强的效果也被抑制。研究还发现，在SWS-TMR期间，恐惧条件反射中活跃的神经元（FC+神经元）的钙活动显著增强，这一活动与记忆巩固的增强密切相关。同时，SO-spindle耦合的增加也与这些神经元的再激活高度相关，说明TMR通过促进记忆相关神经元的再激活，选择性增强了恐惧记忆。

本研究提供了新的有力证据，表明NREM睡眠是选择性调控恐惧记忆的关键时间窗口。首次报道了在NREM睡眠不同阶段（NS类似于人类睡眠的N1/N2阶段；SWS类似于N3阶段）进行TMR对恐惧记忆巩固有相反的效果，这些效果伴随着树突棘可塑性、纺锤波功率谱密度（PSD）、慢波-纺锤波耦合以及与恐惧记忆相关的FrA神经元的选择性激活。该研究表明，SWS-TMR在学习后24小时内可以增强恐惧记忆，而NS-TMR的恐惧记忆减弱作用仅限于学习后的前几小时。睡眠中的记忆再激活需要多脑区的协调，而纺锤波被认为是皮层-丘脑跨区域通信的关键。该研究不仅发现了SWS-TMR促进了SO-纺锤波耦合，还表明纺锤波的调节与记忆相关神经元的活动相关，并进一步影响记忆表现。NS-TMR与SWS-TMR的差异提示TMR不仅能重新激活恐惧记忆相关神经元，还可能主动消除不重要的信息。

总的来说，本研究证实了在NREM睡眠的不同阶段可以双向调控特定的恐惧记忆。这些发现不仅为情绪记忆的巩固及其伴随的神经机制提供了新的见解，还为未来在精神疾病如创伤后应激障碍中的病理记忆调控研究奠定了基础。

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